[发明专利]焦炭塔内壁应力的推算方法

说明书

本发明公开了一种焦炭塔内壁应力的推算方法，该方法包括步骤：获取焦炭塔外壁测点的环向应变和轴向应变数据；根据所述环向应变和所述轴向应变数据，计算获得所述焦炭塔外壁测点的外壁环向应力由所述外壁环向应力等于外壁热应力通过热应力公式计算获得内外壁温差随时间的变化率根据所述内外壁温差随时间的变化率以及内壁环向应力等于内壁热应力通过热应力公式计算获得内壁环向应力本发明推算焦炭塔内壁应力的方法，精度高，成本低。

技术领域

本发明涉及石油化工领域，尤其涉及一种焦炭塔内壁应力的推算方法。

背景技术

焦炭塔是延迟焦化工艺中的关键设备，也是炼油工业中的塔式压力容器，服役过程中经历循环的升温和降温，使得容器承载的介质由气态到液态至固态。在该过程中，焦炭塔的塔壁在经历若干循环后会出现鼓胀、开裂等问题。为了对焦炭塔进行疲劳损伤的评估和预测，通常需要准确掌握焦炭塔的塔壁应力情况，但由于焦炭塔局部几何形状的不规则性以及工况的复杂性，很难通过理论分析或者有限元模拟来获得精确的应力计算。

根据美国石油协会(API)对焦炭塔进行的三次大规模调查(1968、1979和1996年)的数据显示，许多裂纹是从塔内壁开始萌生的，对于产生裂纹的塔内壁应力却因为塔内充满了介质所以无法对其进行测量，仅仅可以通过安装高温应变片来测得炭焦塔外壁的应力。

此外，现场实测的应力数据表明，尽管循环工艺和操作参数是固定，但焦炭塔塔壁的循环应力幅值每个循环都不尽相同，有的应力超过屈服极限，有的则比较低，所以要获得焦炭塔的真实应力数据，必须通过实时监测。

综上，迫切需要一种更加简便、成本低的焦炭塔内壁应力的推算方法对焦炭塔进行健康监测。

发明内容

本发明提供一种焦炭塔内壁应力的推算方法，该方法仅需对焦炭塔外壁应变进行采集，即可推算出焦炭塔内壁应力。

本发明采用以下技术方案，焦炭塔内壁应力的推算方法，包括步骤：

获取焦炭塔外壁测点的环向应变和轴向应变数据；

根据所述环向应变和所述轴向应变数据，计算获得所述焦炭塔外壁测点的外壁环向应力

由所述外壁环向应力等于外壁热应力通过公式(1)获得内外壁温差随时间的变化率

式中，E为材料的弹性模量，μ为泊松比，α为线膨胀系数，A为热扩散率；R_i，R_o分别为焦炭塔的内、外半径；

根据所述内外壁温差随时间的变化率以及内壁环向应力等于内壁热应力通过公式(2)获得内壁环向应力

作为上述方案的改进：

根据内壁轴向应力包括内壁热应力和轴向瓶颈效应产生的应力叠加，通过公式(3)计算获得焦炭塔内壁轴向应力

其中，为外壁轴向应力，为轴向瓶颈效应产生的应力。

进一步地，所述获取焦炭塔外壁测点的环向应变和轴向应变数据步骤中，每个测点在轴向和环向各安装一片耐高温应变片，每一耐高温应变片与应变仪的一个测量通道连接。

有益效果：

(1)本发明提供的内壁应力推算方法，只需焦炭塔对外壁应变进行采集，不需要在外壁安装测温热电偶或在外壁向内凿孔深埋测温热电偶。仅需用耐高温应变片测出外壁的应变，即可对内壁应力应变进行推算。该方法不仅对焦炭塔塔体无损伤，并且能显著降低监测成本。